SENSEBOX LERNKARTEN. Mit diesem Lernkartenset kannst du ganz einfach Messgeräte bauen und programmieren, um Umweltphänomene zu erkunden.

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1 SENSEBOX LERNKARTEN Mit diesem Lernkartenset kannst du ganz einfach Messgeräte bauen und programmieren, um Umweltphänomene zu erkunden.

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3 SENSEBOX:EDU BESTANDTEILE EINFÜHRUNG 1 BREADBOARD für zusätzliche Sensoren etc. VERBINDUNGSKABEL/GROVE KABEL ULTRASCHALLSENSOR MICRO-SD KARTE OLED-DISPLAY SENSEBOX MCU die sensebox Platine MICRO-SD-BEE SD-Karten Modul WIFI-BEE Wifi-Modul MIKROFON LUFTFEUCHTIGKEIT- UND TEMPERATURSENSOR LUFTDRUCK- UND TEMPERATURSENSOR LICHTSENSOR FEINSTAUBSENSOR Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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5 SENSEBOX MCU BESTANDTEILE EINFÜHRUNG 2 RESET UND SENSEBOX LERNMODUS BUTTON für Lernmodus 2x drücken XBEE1-ANSCHLUSS für XBEE WLAN-Modul BUTTON Eingabe, Interaktion XBEE2-ANSCHLUSS für XBEE SD-Karten-Modul MIKRO-USB-ANSCHLUSS Übertragung von Programmen, Stromversorgung AKKU-ANSCHLUSS für Batteriehalter oder LiPo Akkus DIGITAL/ANALOG PORTS zum Anschließen von Sensoren und Aktoren über das Breadboard UART/SERIAL PORTS für Feinstaubsensor I2C/WIRE-PORTS für Umweltsensoren und Display; I2C/Wire-Ports Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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7 STECKVERBINDUNGEN EINFÜHRUNG 3 Sensoren oder Aktoren an Digital/Analog Ports anschließen Jeder Digital/Analog-Port auf der sensebox MCU hat vier verschiedene Pins: 1. Der GND-Pin ist der Minuspol und muss immer mit dem schwarzen Kabel verbunden werden. 2. Der 5V-Pin dient zur Stromversorgung der Sensoren und wird mit dem roten Kabel verbunden. 3. Die mit 1 und 2 beschrifteten Pins sind die digitalen bzw. analogen Pins 1 und 2. Diese Nummerierung läuft fort bis zum Pin 6 an Port Digital C. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

8 STECKVERBINDUNGEN Sensoren oder Aktoren an Digital/Analog Ports anschließen Damit deine eigenen Programme richtig funktionieren können, musst du bei der Programmierung in einigen Blöcken den Pin auswählen an dem dein Verbraucher (also z.b. eine LED oder ein Sensor) angeschlossen ist. Für eine LED an Pin Digital 1 (D1) würde der Block also wie folgt aussehen:

9 DAS BREADBOARD Mit dem Steckbrett Schaltungen verbinden EINFÜHRUNG 4 Mit dem Breadboard, auch Steckbrett, lassen sich Schaltungen ohne Löten ganz einfach verbinden. Die elektronischen Bauteile oder Stecker werden einfach in die Federkontakte gesteckt. A bis E & F bis J leiten horizontal Das Breadboard besteht aus jeweils zwei langen Reihen für die Plus- und Minus-Anschlüsse sowie zweimal 30 Reihen mit je fünf Kontakten. Die Kontakte sind, wie in der Grafik dargestellt, leitend miteinander verbunden. + / - leiten Vertikal Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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11 DIE PROGRAMMIEROBERFLÄCHE Programmieren mit Blockly für sensebox EINFÜHRUNG 5 Mit Hilfe der Lernkarten lernst du, wie die sensebox programmiert wird. Dazu nutzt du den Browser des Computers. 1. Gehe zu» 2. Wähle dein sensebox Model Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

12 DIE PROGRAMMIEROBERFLÄCHE Programmieren mit Blockly für sensebox Programmiere per Drag-and-Drop (ziehe die Blöcke aus dem Menü auf die Programmieroberfläche und füge sie aneinander). Einstellungen z.b Sprache ändern und sensebox Modell auswählen Programm kompilieren (in Maschinensprache umwandeln) und herunterladen Programmstart- Block Die Setup-Funktion wird einmalig zum Programmstart ausgeführt, die Endlosschleife durchgehend wiederholt. Programm- Namen ändern Projekte öffnen, speichern oder löschen Programm herunterladen Programmierblock- Bibliothek Programmcode kopieren Programmier-Bereich Arduino Quellcode Zeigt was in den Blöcken steht

13 EIN PROGRAMM AUF DIE SENSEBOX LADEN Programm herunterladen und auf der SenseBox speichern EINFÜHRUNG 6 1. Verbinde die sensebox mit Hilfe des USB-Kabels mit dem Computer. 2. Klicke auf das Programm herunterladen Icon 3. Speichere die Datei auf dem Laufwerk SENSEBOX 4. Es speichert in deinem Downloads Ordner. 5. Um die SenseBox als Austauschlaufwerk zu sehen, doppelt auf den Roten Knopf auf der SenseBox drücken (Die Rote LED sollte nun leuchten) 6. Kopiere die heruntergeladene Datei aus deinem Downloads Ordner auf das SenseBox Laufwerk. 7. Nach dem Speichern startet das Programm auf der sensebox automatisch. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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15 SENSEBOX LERNKARTEN Jetzt geht s los! EINFÜHRUNG 7 1. Die Lernkarten haben eine Vorder- und eine Rückseite. Auf der Vorderseite befindet sich die Aufgabe, auf der Rückseite ein Lösungsvorschlag. 2. Die Sterne geben den Schwierigkeitsgrad an; je mehr Sterne abgebildet sind, desto anspruchsvoller ist die Aufgabe. 3. Die Lernkarten können als Set an die Schülerinnen und Schüler verteilt werden und dienen dem eigenständigen Lernen. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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17 EINEN TEXT AUF DEM DISPLAY ANZEIGEN sensebox Blockly Schwierigkeit: GRUNDLAGEN 8 AUFGABE: Schließe das Display an und lasse einen Text darauf anzeigen. Benutze dafür diese Befehle: TIPP: Um das Display verwenden zu können, muss es im Setup() initialisiert werden. TIPP: Das Display wird an einem der I2C/ Wire Ports angeschlossen. EXTRA: Wie kannst du Position oder Größe des Textes verändern? Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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19 EINEN MESSWERT ANZEIGEN Schwierigkeit: sensebox Blockly GRUNDLAGEN 9 AUFGABE: Schließe den Luftdrucksensor an und lasse den Messwert auf dem Display anzeigen. Benutze dafür diese Befehle: TIPP: Die Umweltsensoren werden an einem der I2C/Wire Ports angeschlossen. EXTRA: Schließe nacheinander auch die anderen Umweltsensoren an und lasse die Messwerte anzeigen. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

20 LÖSUNG HINWEIS: Für jeden Sensor musst du den richtigen Baustein auswählen.

21 MESSWERTE BESCHRIFTEN sensebox Blockly Schwierigkeit: GRUNDLAGEN 10 AUFGABE: Schieße den Luftdruck- und Temperatursensor an und lasse beide Werte jeweils zusammen mit einer Beschriftung anzeigen. Benutze dafür diese Befehle (auch mehrmals): TIPP: Das Display hat eine Auflösung von 128x64 Pixel, die du ausnutzen kannst. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

22 LÖSUNG HINWEIS: Mit dem kleinen Pfeil in den Sensor- Blöcken kannst du zwischen verschiedenen Messwerten auswählen.

23 FEINSTAUB MESSEN mit dem Feinstaubsensor ZUSATZWISSEN 11 Mit dem Feinstaubsensor kannst du die Feinstaub-Belastung in deiner Umgebung messen. Der Sensor misst den Feinstaub in Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m3), also wie viel Mikrogramm Feinstaub sich in einem Würfel von 1m x 1m x 1m Luft befinden. Es können zwei verschiedenen Partikelgrößen gemessen werden, die in dem Programmblock des Feinstaubsensors ausgewählt werden können: PM10: Gibt dir die Menge der Feinstaubpartikel an, die kleiner als 10 Mikrometer (µm) sind. PM2.5: Gibt dir die Menge der Feinstaubpartikel an, die kleiner als 2,5 Mikrometer (µm) sind. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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25 FEINSTAUB MESSEN sensebox Blockly Schwierigkeit: ZUSATZWISSEN 12 AUFGABE: Miss die Feinstaubbelastung in deiner Umgebung und zeige sie auf dem Display an. Benutze dafür diese Befehle: TIPP: Der Feinstaubsensor wird an einem der UART/Serial Ports angeschlossen. Merke dir, welchen du benutzt (1 oder 2). Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

26 LÖSUNG HINWEIS: Wähle Serial 1, wenn du den Sensor an Port 1 angeschlossen hast, oder Serial 2, wenn du ihn an Port 2 angeschlossen hast.

27 WAS IST EINE MESSEINHEIT? LUFT sensebox Blockly Schwierigkeit: ZUSATZWISSEN 13 AUFGABE: Findet heraus, wie fein der Staub ist, den der Sensor messen kann. TIPP: Was denkt ihr, wie ein menschliches Haar im Größenverhältnis dazu ist? (dafür könnt ihr auch online recherchieren) Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

28 LÖSUNG Menschliches Haar sichtbarer Staub Mehl Ölnebel Ölrauch 150 µm 30 µm 10 µm 3 µm 0,5 µm

29 LICHTINTENSITÄT sensebox Blockly Schwierigkeit: ZUSATZWISSEN 14 AUFGABE: Schließt den Helligkeitssensor an und lasst den Messwert auf dem Display anzeigen. TIPP: Die Umweltsensoren werden an einem der I2C/Wire Ports angeschlossen Benutzt dafür die Befehle auf der rechten Seite. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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31 WAS IST EINE MESSEINHEIT? LICHT sensebox Blockly Schwierigkeit: ZUSATZWISSEN 15 AUFGABE: Wie hell bzw. wieviel Lux erzeugt eine Taschenlampe? TIPP: Findet heraus, wieviel Lux an einem sonnigen oder bewölkten Tag erreicht werden. Benutzt dafür die Befehle auf der rechten Seite. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

32 LÖSUNG Zwischen Lux ist die Beleuchtungsstärke einer Handytaschenlampe Ein wolkenfreier Sommertag erreicht bis zu Lux, ein bewölkter Himmel zur selben Zeit mitunter immer noch Lux. Im Winter erreicht die Beleuchtungsstärke dagegen bei bedecktem Himmel tagsüber nur noch etwa Lux. (Dafür könnt ihr auch online recherchieren)

33 ABSTAND MESSEN mit dem Ultraschall-Distanzsensor ZUSATZWISSEN 16 Mit dem Ultraschall-Distanzsensor kannst du Entfernungen zu Objekten messen. Du kannst den Sensor über das Breadboard an die sensebox Platine anschließen. Wähle dazu eins der Verbindungskabel mit vier Pins am Ende. Die Pins müssen folgendermaßen verbunden werden: GND GND (schwarzes Kabel) Echo 2 (gelbes Kabel) Trig 1 (grünes Kabel) VCC 5V (rotes Kabel) Beachte: Wenn du den Sensor an einen anderen Port anschließt, ändert sich auch die Belegung für Trigger und Echo (z.b. Pin D3 und D4 anstatt D1 und D2) Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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35 ABSTAND MESSEN MIT ULTRASCHALL sensebox Blockly Schwierigkeit: ZUSATZWISSEN 17 AUFGABE: Schließe den Distanz-Sensor an und lasse den Messwert auf dem Display anzeigen. Benutze dafür diese Befehle: Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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37 VARIABLEN Mit Platzhaltern arbeiten ZUSATZWISSEN 18 Variablen sind eine Art Platzhalter und werden in der Informatik für ganz viele verschiedene Dinge genutzt. Sie sind eine Art Kiste, der man einen Namen gibt und dann verschiedene Dinge darin hinterlegen kann, z.b. Zahlen oder auch Texte. Diese kann man dann immer wieder abrufen, wenn man sie braucht. Variablen können ihren Wert im Laufe des Programms verändern, so kannst du zum Beispiel der Variable Temperatur immer die aktuell gemessene Temperatur zuweisen. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

38 DATENTYPEN: Je nachdem, was du in einer Variable speichern möchtest musst du den richtigen Datentyp auswählen: ZEICHEN: Für einzelne Textzeichen TEXT: Für komplette Sätze oder Wörter ZAHL: Für Zahlen zwischen und GROSSE ZAHL: Für große Zahlen zwischen und DEZIMALZAHL: Für Kommazahlen (z.b. 25,56) BOOLEAN: Speichert nur zwei Zustände: Wahr oder falsch

39 WENN-DANN Wenn-Dann Bedingungen aufstellen ZUSATZWISSEN 19 Die Wenn-Dann Bedingung ist beim Programmieren eine der wichtigsten Kontrollstrukturen, die du kennenlernen wirst. Mithilfe der Wenn-Dann Bedingung kann die sensebox bestimmte Aktionen ausführen, wenn etwas bestimmtes passiert ist. Z.B: Wenn die gemessene Temperatur über 20 Grad beträgt, dann soll die eingebaute LED aufleuchten. Mit dem Block hinter wenn kannst du zwei Sachen miteinander vergleichen. Dafür brauchst du Operatoren. Was das ist, erfährst du auf der Rückseite. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

40 OPERATOREN Bedingungen überprüfen und Werte miteinander vergleichen Operatoren werden beim Programmieren häufig verwendet. Damit können Bedingungen überprüft oder auch Werte verglichen werden. Du kannst zwischen folgenden Operatoren/ Zeichen wählen: = Mit diesem Zeichen kannst du die sensebox einen Programmierbefehl ausführen lassen, wenn zwei Werte gleich groß sind. Hiermit wird ein Programmierbefehl ausgeführt, wenn zwei Werte unterschiedlich groß sind. < Mithilfe dieses Zeichens kannst du zwei Werte vergleichen lassen. Wenn der Wert, auf den die Spitze zeigt, kleiner ist als der Andere, führt die sensebox den Befehl aus. Dieses Zeichen ist eine Erweiterung des»kleiner«- Zeichens (<) und schließt alle Werte ein, die kleiner und gleich groß sind. > Mithilfe dieses Zeichens kannst du zwei Werte vergleichen lassen. Wenn der Wert, auf den die Öffnung zeigt, größer ist als der Andere, führt die sensebox den Befehl aus. Dieses Zeichen ist eine Erweiterung des»größer«- Zeichens (>) und schließt alle Werte ein, die größer oder gleich groß sind.

41 DATEN SPEICHERN AUF DER SD-KARTE Sensordaten auf der SD-Karte speichern ZUSATZWISSEN Verbinde das SD-Bee Modul mit dem Xbee-Steckplatz 2 auf der sensebox Platine 2. Erstelle in der Setup() Schleife eine Datei. Den Block hierzu findest du in der Kategorie sensebox Output SD 3. Um Daten auf die SD-Karte zu speichern muss jedes Mal die Datei mit dem Öffne-Datei auf SD- Karte -Block geöffnet werden. 4. Danach kann mit dem Schreibe Daten auf SD-Karte -Block eine Variable in die Datei geschrieben werden. Der Öffne-Datei auf SD-Karte -Block schließt nach dem Schreiben die Datei automatisch. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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43 DIE OPENSENSEMAP Sensordaten in die Opensensemap übertragen ZUSATZWISSEN Verbinde das WiFi-Bee Modul mit dem XBEE1-Steckplatz auf der sensebox Platine. 2. Ziehe den Wifi Block ins Setup und gib deinen Netzwerknamen (SSID) und das Passwort ein. 3. Registriere deine sensebox unter auf der opensensemap. Du erhältst dann eine BoxID und für jeden Sensor eine SensorID. 4. Trage nun die BoxID in den verbinde mit opensensemap Block und die SensorID in den sende Messwert an die opensensemap - Block ein. 5. Unter Messintervall legst du fest, wie häufig gemessen werden soll. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

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45 LANGZEITMESSUNG sensebox Blockly Schwierigkeit: PROJEKT 22 AUFGABE: Miss die Temperatur in deiner Umgebung über einen längeren Zeitraum und speichere die Daten auf der SD Karte. Benutze dafür diese Befehle: TIPP: Wähle ein geeignetes Messintervall, um nicht von Daten überhäuft zu werden. Eine Minute sind z.b Millisekunden. EXTRA: Mit dem passenden Adapter und einem Kartenleser kannst du die Messwerte auf der SD Karte auch auf dem Computer anschauen. Wie haben sich deine Werte über die Zeit verändert? Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

46 LÖSUNG Langzeitmessung HINWEIS: Eine neue Variable legst du mit dem kleinen Pfeil in dem lila Feld unter neue Variable an. Anschließend kannst du sie umbenennen.

47 DIE VERNETZTE UMWELTSTATION Schwierigkeit: sensebox Blockly PROJEKT 23 AUFGABE: Baue deine eigene vernetzte Umweltmessstation, die ihre Messwerte auf dem Display anzeigen und über WLAN ins Internet auf die opensensemap übertragen kann. Messe z.b. Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Feinstaubbelastung auf dem Balkon oder am Fenster. Benutze unter Anderem diese Befehle: TIPP: Wenn kein offenes WLAN zur Verfügung steht, kannst du vielleicht mit deinem Handy einen WLAN Hotspot erstellen. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

48 LÖSUNG Die vernetzte Umweltstation HINWEIS: Trage für jeden Sensor die jeweilge Sensor ID ein, welche dir bei der Registrierung deiner sensebox angezeigt wurde.

49 VERKEHRSZÄHLER Schwierigkeit: sensebox Blockly PROJEKT 24 AUFGABE: Für den Bau eines Fußgängerüberweges soll das Verkehrsaufkommen an verschiedenen Straßen gemessen werden. Baue und programmiere einen automatischen Verkehrszähler mit Hilfe des Ultraschall-Distanzsensors. Um zu verhindern, dass Autos doppelt gezählt werden, brauchst du eine zweite Bedingung, welche überprüft ob die Spur wieder frei ist. Benutze unter Anderem diese Befehle: TIPP 1: Baue dir eine kleine Modellstraße auf dem Tisch und definiere passende Spurbreiten. TIPP 2: Überlege dir eine Bedingung, wie du mit Hilfe der Distanzwerte erkennen kannst, ob ein Auto vorbeigefahren ist. Digital Literacy Lab CC-BY-SA 4.0:

50 LÖSUNG HINWEIS: Denke daran, die Distanz an die Spurbreite deines Experimentes anzupassen. Am besten funktioniert das durch Ausprobieren.